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ACIS法研究聚脲涂層砂漿防護性能

文檔作者：黃微波張靜呂平葛海燕文檔來源： 1．青島理工大學功能材料研究所 2．北京意設建筑設計咨詢有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月30日
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202
四川建筑科學研究
Sichuan Building Science
第38卷第1期
2012年2月
ACIS法研究聚脲涂層砂漿防護性能
黃微波 ，張 靜 ，呂 平 ，葛海燕
(1．青島理工大學功能材料研究所，山東青島266033；
2．北京意設建筑設計咨詢有限公司，北京100080)
摘要：采用電化學交流阻抗譜(ACIS)法研究芳香族聚脲涂層、脂肪族聚脲涂層對水泥砂漿的防護性能。ACIS試
驗結果表明，水泥砂漿(對比樣)、芳香族聚脲涂層砂漿和脂肪族聚脲涂層砂漿試樣的Nyquist圖高頻弧是一半圓，
其直徑分別為6754D．，100281"1，118121~，說明涂刷涂層能夠提高水泥砂漿抗氯離子滲透性方面的能力。不同涂刷
厚度涂層砂漿的ACIS測試顯示，隨著保護涂層的厚度增加，對砂漿的防護性能增加。芳香族聚脲涂層和脂肪族聚
脲涂層試樣在氯化物侵入前后，高頻區(qū)的交流阻抗值分別增加了28．25％和56．25％ ，說明聚脲涂層提高了砂漿的
抗氯離子滲透性。
關鍵詞：ACIS法；芳香族聚脲；脂肪族聚脲；涂層防護性能；Nyquist圖
中圖分類號：TQ 323．8 文獻標識碼：A 文章編號：1008—1933【2012)O1—202—03
Studay on the protection property of polyurea-coated motar by ACIS
HUANG reibo ，ZHANG Jing ，Lv Ping ，GE Haiyan
(1．Institute of Functional Materials Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China；
2．Beijing As Architecture Design and Consulting Co．，Ltd．，Beijing 100080，China)
Abstract：Electrochemical impedance spectroscopy(ACIS)method was used to study on the protective property of aromatic polyurea
coated and aliphatic polyurea coated cement motar．The results showed that the ac impedance values of high-frequency of cement motar
(contrast samples)，aromatic polyurea coated motar and aliphatic polyurea coated motar were 6754 n，100281")，1 181212 respectively，
which cortfirmed that coating can improve the anti—chloride ion penetration ability of cement motar．ACIS test of diferent coating
thickness of coated motar showed that，with the increase of the thickness of coatings，the protective performance Was better．After the
intruding of chloride through aromatic polyurea coatings and aliphatie polyurea coatings，the ac impedance values were increased hy
28．25％ and 56．25％ respectively，which confirmed that polyurea coatings improved the anti—chloride ion penetration of cement motar．
Key words：ACIS；aromatic polyurea；aliphatic polyurea；protective property；Nyquist diagram
0 前言
混凝土的耐久性與氯離子腐蝕介質對它的滲透
性密切相關，氯離子的滲透性與氯離子的擴散性之
間存在水平關系?。因此，簡單與準確地測量氯離
子在混凝土中的擴散系數是近年來所關注的課題。
目前，對氯離子的擴散一般多采用直流電場下的遷
移方法 ]，應用ACIS方法評價氯離子擴散性能-3
的資料目前還比較少。表面涂層將使砂漿的表面性
質發(fā)生改變，因此可以預測，涂刷和不涂刷保護涂層
其表面具有不同的電化學交流阻抗譜(ACIS)響應。
由于涂刷保護涂層的種類、用量等的不同，決定了防
護涂層保護性能的不同，因此，用ACIS的不同響應
來描述、表征混凝土防護涂層保護性能在理論上是
收稿日期：2010-08-23
作者簡介：黃微波(1963一)，男，重慶人，博士，教授，主要從事聚脲
防護技術研究。
E—mail：jing861014@sohu．aom
可行的。除此之外，涂層混凝土在氯化物侵入前后
的ACIS響應也是不同的 J。
聚脲作為一種新型防護涂層技術被廣泛應用于
京津高速鐵路、京滬高速鐵路、奧運工程等國家重點
工程。因此，聚脲涂層防護性能的研究對工程實踐
具有重要的指導意義。本文借助ACIS譜，研究涂
刷芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層前后，水泥砂
漿的電化學阻抗變化規(guī)律，由此判斷聚脲涂層對砂
漿基材的保護性能，以達到評價聚脲涂層防護性能
的目的。
1 試驗部分
1．1 原材料
水泥采用青島山水水泥股份有限公司生產的
32．5級普通硅酸鹽水泥；砂子采用粒徑0．63 mm的
細砂；測試溶液采用質量分數為3％ 的NaC1溶液；
位阻型QTECH一550緩凝芳香族聚脲涂料、耐候型
QTECH一350脂肪族聚脲涂料，分別由青島理工大
2012No．1 黃微波，等：ACIS法研究聚脲涂層砂漿防護性能 203
學功能材料研究所提供。導電銀、刷子、自來水等由
實驗室提供。
水泥砂漿試樣配合比見表1。
表1 水泥砂漿配合比
Table 1 Ratio of motar
1．2 樣品制備
水泥砂漿試樣：制備20 mln×20 mm×20 mnl
的砂漿試件3塊，放入標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護4 d，拆模
后，放人養(yǎng)護室中養(yǎng)護28 d，取出后，在實驗室環(huán)境
下晾干。用QTECH—ll2全天候基材處理系統修
補試樣表面，然后，用細砂紙將試件表面打磨光滑，
備用。
涂層處理：將試樣的6個面都涂刷涂層，將試樣
的基材表面用乙醇擦拭干凈，然后用刮刀蘸取涂料
刮在試樣表面，用力、快速用刮刀刮平，所用涂料為
QTECH一550緩凝芳香族聚脲涂料、QTECH一350
脂肪族聚脲涂料。達到厚度要求后，用上海碩冠儀
器設備有限公司的Positeetor 200超聲波測厚儀測試
涂膜厚度，控制每遍涂覆厚度為50±5 m，兩次涂
刷之間至少間隔2 h，試樣涂層處理后，放置在室溫
下養(yǎng)護7 d。
1．3 ACIS試驗
ACIS實驗儀器是美國Agilent公司生產的Agi—
lent HP 4294A阻抗測試儀。測量頻率范圍1 10 MHz
～ 4O Hz，基本阻抗精度為±0．08％ ，采用Instrument
BASIC軟件執(zhí)行阻抗測量和數據分析。試驗過程如
下：
1)將安裝電極的試驗試件兩側涂刷導電銀，以
保證試件具有良好的導電性。涂刷完畢后，將試件
放在干燥環(huán)境中放置24 h。
2)將處理好的試件正確安裝在兩電極之間，電
極如圖1所示。打開儀器測試，計算機自動記錄數
據。
圖1 ACIS試驗電極示意
Fig．1 Electrode for ACIS test
3)在第一次的ACIS譜測試完畢后，將試件放
人濃度為3％的NaC1溶液中，浸泡3個月后進行第
二次試驗。
2 試驗結果及分析
2．1 涂層種類的影響
圖2為砂漿對比試樣、芳香族聚脲涂層和脂肪
族聚脲涂層水泥砂漿試樣的Nyquist圖，圖中Zr和
zi分別表示阻抗的實部和虛部。
圖2 砂漿試樣、芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層
砂漿試樣Nyquist
Fig．2 Nyquist figure of molar。aromatic polyureacoated
motar and aliphafic polyurea-coated
m otar
從圖2可以看出，試樣阻抗譜表現為一個容抗
弧，砂漿試樣在高頻區(qū)的半圓直徑為6754 Q，與此
相比，芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層在高頻區(qū)
的半圓直徑明顯較大，分別為10028 n和11812 Q。
這說明，聚脲涂層的膜電阻風使高頻區(qū)的半圓直徑
增大，反映出兩種聚脲涂層對介質傳輸具有很好的
阻擋能力，對基底砂漿具有良好的保護作用。通過
涂層砂漿在高頻區(qū)的半圓直徑可以大小初步判斷出
兩種涂層在提高水泥砂漿結構致密性方面的能力大
小，即脂肪族聚脲涂層的防護優(yōu)于芳香族聚脲涂層。
2．2 涂層厚度的影響
圖3是不同厚度芳香族聚脲涂層砂漿試樣
Nyquist圖。
圈3 不同厚度芳香族聚脲涂層砂漿試樣Nyqui~
Fig．3 Nyquist figure of aromatic polyurea·coa ted
motar of diferent thickness
從圖3可以看出，在高頻區(qū)段，未涂刷涂層的對
比試樣的半圓直徑為6774 l-I，涂刷厚度為50±5
m時，試樣的半圓直徑為10028 Q，涂刷厚度為
四川建筑科學研究 第38卷
100±5 m時，試樣的半圓直徑為10957 n，涂刷厚
度為150±5 m時，試樣的半圓直徑為13870 12。
可見，涂層砂漿試樣的的半圓直徑明顯大于對比試
樣，而且隨著涂層涂刷厚度的增加，半圓直徑也在增
大，這表明，芳香族聚脲保護涂層及涂層的涂刷厚度
對ACIS譜有一定影響。
綜上所述，與未涂刷保護涂層的對比試樣相比，
涂刷保護涂層的水泥砂漿試樣在高頻區(qū)段的半圓直
徑明顯增大，而且同種保護涂層的砂漿試樣，隨著涂
層涂刷厚度的增加，試樣在高頻區(qū)段的半圓直徑也
在增大。這表明，保護涂層的存在以及涂層涂刷厚
度的增加，使保護涂層砂漿試樣中的R 值增大，也
就是說，提高了保護涂層砂漿試樣的密實性。
2．3 氯化物擴散前后ACIS譜的特征
圖4為經氯化物侵蝕后芳香族聚脲涂層砂漿試
樣的Nyquist圖。
圖4 芳香族聚脲涂層砂漿試樣經氯化物
侵入前后Nyquist
Fig．4 Nyquist figure of aromatic polyurea—coated
molar before and after chlorine corrosion
從圖4中可以看出，就高頻區(qū)段而言，涂層砂漿
試樣的半圓直徑由原來的10028 n變?yōu)槁然锴治g
后的12861 12，經氯離子侵蝕后，芳香族聚脲涂層砂
漿試樣的半圓直徑明顯大于氯化物侵蝕前。
圖5為經氯化物侵蝕后脂肪族聚脲涂層砂漿試
樣的Nyquist圖。
9
c： 6
至
N 3
0 5 10 15 2O 25 30 35
Zr，
圖5 脂肪族聚脲涂層砂漿試樣經氯化物
侵入前后Nyquist
Fig．5 Nyquist figure of~iphafic polyurea-coated motar
before and after chlorine corrosion
從圖5中可以看出，就高頻區(qū)段而言，涂層砂漿
試樣的半圓直徑由原來的1 1812 12變?yōu)槁然锴治g
后的18456 Q，經氯離子侵蝕后，脂肪族聚脲涂層砂
漿試樣的半圓直徑明顯大于氯化物侵蝕前。
綜上所述，通過涂層試樣在氯化物擴散前后的
交流阻抗譜比較可以看出，試樣在氯離子擴散后，高
頻區(qū)段的半圓直徑明顯大于擴散前的半圓直徑，也
就是說，氯化物侵蝕后的涂層試樣的 值較侵蝕前
增大。說明氯化物在涂層試樣內部擴散過程中慢慢
沉淀，填充在試樣的內部孔隙中，從而使結構更加密
實 引。
3 結論
1)ACIS測試顯示，保護涂層砂漿體系在高頻區(qū)
段表現為一個半圓，這一半圓表征了涂層的特性。
無涂層水泥砂漿試樣在高頻區(qū)的半圓直徑為
675412，芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層在高頻
區(qū)的半圓直徑明顯較大，分別為10028 n，11812 Q，
說明涂刷涂層能夠提高水泥砂漿結構的致密性，即
抗氯離子滲透性方面的能力，兩種涂層對涂層的防
護能力大小為：脂肪族聚脲涂層>芳香族聚脲涂層。
2)涂層厚度對阻抗譜有影響。芳香族聚脲涂
層厚度從50 p3n增加到150 p,m，抗?jié)B性顯著提高。
3)確定了表征保護涂層砂漿試樣的影響參
數——R ，其大小同結構的密實性有關。R 隨著保
護涂層涂刷厚度的增加不斷增大，表明保護涂層的
涂刷厚度對交流阻抗譜有一定影響。
4)通過涂層砂漿試樣在氯化物侵入前后的阻
抗譜比較，能夠對涂層修復混凝土的作用作出評價。
芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層試樣在高頻區(qū)的
半圓直徑分別增加了28．25％和56．25％ ，說明保護
涂層可以提高砂漿試樣的耐久性。
參考文獻：
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